液力变矩器泵轮总成MAG自动焊工艺

2014-03-23牛伟强吕浩唐春陈科犹安模霍春梅

机械制造文摘(焊接分册) 2014年3期

牛伟强，吕浩，唐春，陈科，犹安模，霍春梅

（重庆红宇精密工业有限责任公司民品技术中心，重庆402760）

0 前言

液力变矩器是应用于AT和CVT等自动档变速器轿车中的一个关键零部件,其工作原理是利用液体的流动将发动机扭矩平稳地传递给自动变速器。由于液力变矩器的技术含量高，制造难度大，涉及冲压、焊接、机加、装配等多项专业技术，所以前期投入大、利润低，目前国内对它的开发和应用还依赖于进口，因此液力变矩器的开发制造对推动我国汽车传动行业的发展有着极其重要的作用。

在液力变矩器泵轮总成焊接过程中，因其零部件加工精度累计误差较大（如钎焊变形、冲压变形等因素），直接影响了泵轮总成轴套尺寸φ45mm的合格率，具体表在：变形方向不确定，尺寸不稳定、一致性差，径向跳动大、超差和报废率高等。严重影响了生产进度和生产效率，极大地增加了焊接工艺技术难度。在不具备电子束焊、激光焊及微束等离焊等先进工艺方法设备条件的前提下，针对以上技术难题，在不增加高额投资基础上，开展了MAG自动焊接泵轮总成工艺研究，提高了泵轮总成焊接工艺水平，降低了成本，实现了批量生产。

1 泵轮总成结构、材料及技术要求

1.1 泵轮总成及轴套结构

泵轮总成由内环、叶片、泵轮外壳及轴套组成。内环、叶片、泵轮外壳为冲压成形件；轴套为模锻坯件，经车削、热处理、铣削和精磨形成半成品，轴套结构又分为拨叉形、平顶形和整体形，文中仅以拨叉形结构为研究对象，如见图1所示；内环、叶片、泵轮外壳装配后经钎焊、车削形成泵轮组件，结构如图2所示。

轴套与泵轮组件经装配称为泵轮总成，焊接结构为Y形带锁底结构，如图3所示。

1.2 泵轮外壳及轴套材料

泵轮外壳材料：钢板3.5-Q/BQB 301—2002；轴套材料：45-GB/T 699—1999。

图1 拨叉形结构轴套示意图

图2 泵轮外壳组件示意图

图3 泵轮总成结构示意图

1.3 焊接技术要求

设计要求焊缝为Ⅱ级焊缝，焊接后轴套径向跳动＜0.02mm，直径满足φ45mm公差要求，熔深符合表1各项要求，抗拉强度≥母材强度的80%，且5万km公路试验焊缝无裂纹和断裂现象。

表1 不同部位熔深要求

2 泵轮总成焊接工艺分析

2.1 焊接性分析

焊接性是说明材料对焊接的适应性，用以衡量材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊缝的难易程度和该接头能否在使用条件下可靠地运行。通常是从工艺焊接性和使用焊接性去考察材料对焊接的适应能力。上述材料经计算CE＜0.45%（IIW），说明其焊接性良好，无需采用特殊工艺措施也能保证焊缝的力学性能及使用可靠性。

2.2 过程变形分析

由焊接物理理论知道，泵轮总成焊接时，无论是哪种热传导方式输入零件，焊接热循环和焊接应力对轴套颈部尺寸φ45mm产生影响是必然的，其过程极为复杂。借助于仿真软件模拟其过程变化将有助于焊接工艺研究、改善和提高。图4为温度对轴套尺寸精度变化的影响。随着温度的增高，轴套变形增大，热源离轴套越近变形也越大；反之，远离热源则焊接热循环、焊接应力对轴套尺寸的影响减小，轴套变形随之减小。这一研究表明，焊接热循环及产生的焊接应力是影响轴套变形的根源。

图4 应变趋势示意图

2.3 焊接工艺分析

MAG焊与电子束或激光焊相比，存在能量密度小、电弧难控制、热影响区大及焊接变形大等问题。工艺试验发现，采用MAG焊焊接泵轮总成，轴套颈部最高温度达450℃以上，所以温度对轴套颈部尺寸的影响程度非常大。批量生产中因温度的影响，轴套颈部变形尺寸在0.02～0.2mm之间波动，不合格品率达到了80%，严重影响了产品质量和生产进度要求。

2.4 轴套工艺尺寸分析

3 工艺试验对比分析

根据上述分析可知，轴套变形的主要原因是焊接热应力变形和工艺不合理。为了提高泵轮总成焊接精度，有效地控制焊接热应力对轴套颈部的影响，应用单机器人MAG自动焊进行了如下工艺试验。采用TIG焊定位，对称焊4点，长6mm，宽4mm。焊接工艺参数如表2所示，焊接试验试件50件。焊后进行了3坐标检测。不同工艺试验方案如表3所示。

（1）自然条件下单机器人MAG自动连续焊接，泵轮总成轮轴套颈部尺寸变形大、波动大，超差废品率达100%。

（2）采用铜制实心热交换焊接夹具（图5），单机器人MAG自动连续焊接，泵轮总成轴套颈部尺寸范围在0.015～0.03mm以内变动，尺寸一致性不好，波动较大，超差废品率达10%。